On the mechanism of melt jet breakup and fragmentation during a severe accident of nuclear power plants

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原子力発電所での重大な事故の一例である、炉心溶融を伴う過酷事故が発生した場合、周囲環境に影響を及ぼさず、事故の影響を原子炉内に留めるために、溶融した炉心燃料（以下、溶融物）を原子炉圧力容器内において安定的に冷却保持することが不可欠である。そこで、溶融物が冷却材中において微粒化する物理的メカニズムの解明のため、冷却材中における溶融物の熱流体挙動に関する知見を収集することが望まれる。本研究では、原子炉過酷事故時における炉心溶融物の分散・微粒化メカニズム解明ならびに炉心溶融物の冷却性予測手法を構築することを目的とする。平成30年度においては、前年度までに構築した計算手法を用いて、実際の事故時を想定した物性ならびに規模に相当する溶融ジェットの流動解析を実施した。計算をスーパーコンピュータ上で行うことにより、実規模相当の大規模条件でのシミュレーションを可能とし、既存の大規模試験で得られていた限られた知見に対して、そのメカニズムを説明しうる重要な数値データを得る。さらに、溶融物冷却性評価で重要となる相変化解析についても、粒子を模擬した実体系への適用性を確かめ、既存の沸騰曲線や半理論式との比較を行う。本研究の成果は、当該年度において国際学会発表において四件、国内学会においては三件と、積極的な成果発表を行った。これら学会での発表における議論を通じて研究の質を高めまとめ上げた成果は、物理学分野における著名な国際論文誌「Physical Review E」に掲載されている。また、本誌に投稿した内容をさらに拡張させ、粒子周りの強制対流沸騰過程のシミュレーションを行った成果についても、国際誌に投稿予定である。